Genome physics: Principles of organization and dynamics of genome chromatin

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01860
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Sasai Masaki 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30178628)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ゲノム立体構造 / シミュレーション / クロマチン / 相分離

Outline of Final Research Achievements

Based on the new analysis of the physical properties of chromatin, we developed the first computational method to quantitatively simulate the three-dimensional (3D) structure and movement of the whole genome of human cells. The analysis showed that the heterogeneous repulsive interactions among chromatin regions bring about the phase separation of chromatin, forming the whole-genome 3D structure. We calculated the responses of cells to various perturbations, including inhibition of the transcription activity. With the cooperation of the experimental group investigating the single-cell chromatin dynamics, we showed the intrinsic relationship between chromatin dynamics and transcription activity.

Free Research Field

理論生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ゲノム立体構造は、DNA情報の読み取りや複製に大きな影響を与えるため、計算シミュレーションによる解明が待たれていた。本研究では、クロマチンの物理的性質が染色体の中で不均一であることに注目し、クロマチンの不均一な運動によって生じる相分離がゲノム立体構造を形成する駆動力であることを示した。本研究で開発した計算法は、多くの実験データを統一的に説明すると同時に、ゲノム立体構造のダイナミックな揺らぎを予測するものである。この計算法は、ゲノム立体構造解析の新しい方法として、細胞制御機構への理解に向けて重要な貢献をすると期待される。